[發明專利]基于紅外攝像的新型表面流場測速系統和測速方法

有效

• 申請號: 201310743851.0
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103698553B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 許棟;白玉川;徐海玨;吳淑雄
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種用于基于紅外攝像的新型表面流場測速系統的測速方法，所述基于紅外攝像的新型表面流場測速系統，包括有水流實驗水池(1)，沿所述水流實驗水池(1)的長度方向設置有模型河流(2)，所述模型河流(2)的實驗水流入口(3)位于所述水流實驗水池(1)長度方向的一端，所述模型河流(2)的實驗水流出口(4)位于所述水流實驗水池(1)長度方向的另一端，所述模型河流(2)內設置有用于進行表面流場示蹤的冰顆粒示蹤粒子(6)，所述模型河流(2)的上方設置有圖像采集裝置(7)，所述的圖像采集裝置(7)通過數據連接線(8)連接數據采集與處理計算機(9)，所述模型河流(2)上設置有流場測量區域(5)，所述的圖像采集裝置(7)設置在所述流場測量區域(5)的上方，所述的圖像采集裝置(7)設置在所述流場測量區域(5)正上方3～7m高處，所述的圖像采集裝置(7)為紅外攝像頭或工業用紅外熱像儀；其特征在于，包括如下步驟：

0)設I＝1；

1)首先讀取N幀圖像中的第I幀圖像；

2)進行邊界設置，所述的邊界設置，是首先由用戶用鼠標在圖上繪制多邊形，然后以所繪制的多邊形作為流場的邊界，劃分出圖像中的流場和外界區域；

3)進行粒子圖像分割，所述的粒子圖像分割是在每一幀圖像中，把作為目標的示蹤粒子從流場中分離出來；

4)進行粒子識別；

5)判斷I是否小于等于N，是，令I＝I+1，返回步驟1)，否則進入下一步驟；

6)圖像坐標與物理坐標的轉換；

7)采用4幀法進行粒子匹配跟蹤；

8)采用如下公式進行流速計算：

$\stackrel{\→}{V}=\underset{t2\→t1}{\lim }\frac{{\stackrel{\→}{r}}_2-{\stackrel{\→}{r}}_1}{t_2-t_1}$

其中，V為粒子的速度矢量，r₁和r₂是相鄰兩時刻的位置矢量，t₂－t₁為相鄰兩時刻的時間差；

9)采用距離反比插值方法進行流場插值，插值公式如下：

${z_0}^{\′}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(d_{0i}^{-r}\·z_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_{0i}^{-r}}$

其中，z₀'為所求位置的數值；z_i為附近第i點的數值；n為附近點的總數；d_0i為第i點距所示點的距離；r為距離衰減因子，取r＝2。